Die Herausforderung der Glycerin-Elektrooxidation

Die Glycerin-Elektrooxidation (GOR) ist ein entscheidender Prozess bei der Entwicklung umweltfreundlicherer chemischer Synthesetechnologien. Bei der Reaktion wird Glycerin in wertvolle Chemikalien wie Ameisensäure und andere wertvolle Produkte mit zwei oder drei Kohlenstoffatomen wie Oxalsäure, Milchsäure oder Glykolsäure umgewandelt. Die Kontrolle über die Selektivität der Reaktion stellt jedoch nach wie vor eine große Herausforderung dar. 

Die Rolle der Elektrodengeometrie

In einer kürzlich in ChemElectroChem veröffentlichten Studie haben Forscher des MPI CEC unter der Leitung von Max-Planck-Forschungsgruppenleiter Viktor Čolić und Mitarbeiter*innen den signifikanten Einfluss der Elektrodengeometrie auf die Selektivität der GOR nachgewiesen. In der Studie wurden additiv gefertigte (AM) Nickelelektroden mit unterschiedlichen Geometrien in hierarchischen Strukturen als Elektrokatalysatoren für die GOR verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Geometrie der Elektrode die Selektivität der Reaktion erheblich beeinflusst.

Der Einfluss der Geometrie auf die Selektivität

Die Studie ergab, dass die Geometrie der Elektrode die Selektivität der Reaktion auf zwei Arten beeinflusst. Die Ergebnisse zeigten, dass eine vergrößerte Oberfläche bei null Tiefe SA(0) mit einer höheren Selektivität für C2- und C3-Produkte sowie einer verbesserten Faradayschen Effizienz korreliert. Zweitens vergrößert die Einführung von Gittern auf der Oberfläche der Elektrode die nominelle geometrische Fläche und verschiebt gleichzeitig die Selektivität in Richtung Ameisensäure. 

Implikationen der Studie

Diese Studie, eine Gemeinschaftsarbeit des Erstautors Ali Raza Khan, Doktorand am MPI CEC, und Kolleg*innen der Universität Duisburg-Essen und des MPI CEC, hat bedeutende Implikationen für die Entwicklung nachhaltiger Energietechnologien. Die Ergebnisse zeigen, dass die Elektrodengeometrie strategisch angepasst werden kann, um die Selektivität zu optimieren und die Umwandlungseffizienz zu verbessern. Die sehr hohen Selektivitäten einiger komplexer Elektroden gegenüber Ameisensäure sind attraktiv, da eine Reaktion, bei der nur ein Produkt entsteht, potenziell die zuvor erforderlichen teuren Produkttrennungsschritte überflüssig machen kann. Andererseits sind Produkte mit 2 und 3 Kohlenstoffatomen wirtschaftlich wertvoller, sodass die Optimierung von Elektroden für ihre Synthese aus einer anderen Perspektive interessant ist.

Dieses Wissen kann genutzt werden, um effizientere Elektrokatalysatoren für die GOR zu entwickeln, was zur Herstellung wertvoller Chemikalien und Kraftstoffe führen kann. Die Studie unterstreicht auch, wie wichtig es ist, bei der Entwicklung von Elektrokatalysatoren neben den Eigenschaften auf atomarer Ebene auch die makroskopische Geometrie und Struktur der Elektroden zu berücksichtigen.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in ChemElectroChem veröffentlichte Studie den Einfluss der Elektrodengeometrie auf die Selektivität der Glycerin-Elektrooxidation aufgezeigt hat. Die Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung nachhaltiger Energietechnologien und unterstreichen die Notwendigkeit weiterer Forschung zur Entwicklung effizienter Elektrokatalysatoren.

Original Paper: Khan, A.R., Kumari, B., Wegner, J., Pedrini, F., Adofo, L.A., Olean-Oliveira, A., Hagemann, U., Kleszczynski, S., Andronescu, C. and Čolić, V. (2025), Glycerol Electrooxidation at Structured Nickel Electrodes and the Effect of Geometry on the Selectivity of Product. ChemElectroChem 2500175. https://doi.org/10.1002/celc.202500175